Magnetismus

Magnetismus bezeichnet die Erscheinung, dass magnetische Felder und magnetische Momente in Materie vorhanden sind und Kräfte zwischen magnetischen Dipolen bzw. bewegten Ladungen wirken. In der klassischen Physik gehört er zur elektromagnetischen Wechselwirkung. Das Magnetfeld B beeinflusst bewegte Elektronen durch die Lorentzkraft F = q v × B; in ruhenden Elektronenbahnen wirkt es indirekt über ihre Spinmomente.

In Materie entstehen magnetische Momente durch Ströme auf mikroskopischer Ebene oder durch den Elektronenspin. Die wichtigsten Erscheinungsformen sind Diamagnetismus, Paramagnetismus, Ferromagnetismus sowie Ferri- und Antiferromagnetismus. Diamagnetische Materialien werden durch äußeres Feld schwach abgelenkt; paramagnetische Materialien zeigen eine schwache Feldanordnung; ferromagnetische Materialien besitzen eine spontane Ordnung, die bei Erreichen der Curie- bzw. Néel-Temperatur verloren gehen kann.

Grundgrößen in der Theorie des Magnetismus sind das magnetische Feld B, das Feld H und die Materialgröße M (Dipolmagnetisierung). Die Beziehung B = μ0(H + M) gilt in vielen Materialien; χ_m als Suszeptibilität und μ_r als relative Permeabilität beschreiben die Materialantwort.

Typische Phänomene sind magnetische Domänen, Hysterese und magnetische Relaxation, die sich in einer charakteristischen M-B-Kurve zeigen. Anwendungen reichen von Kompassen über Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren bis zu Speichern (z. B. magnetische Festplatten) und medizinischer Bildgebung wie der Magnetresonanztomographie (MRT).

Historisch spielten Hans Christian Ørsted, Michael Faraday und André-Marie Ampère eine zentrale Rolle; die formale Beschreibung erfolgte durch Maxwell-Gleichungen und die Entwicklung der Theorie des magnetischen Materials im 19. und 20. Jahrhundert.